直流电路和交流电路

一、直流电路

电流方向不变的电路称为直流电路。直流电路按工作状态可分为直流暂态电路和直流稳态电路。大家常说的直流电路指的是直流稳态电路。

1、直流稳态电路

直流稳态电路中的各个物理量，如电压、电流的大小、方向都不随时间变化，而是始终工作在稳定状态下。

一般情况下，直流电源和电阻器是组成直流稳态电路的必要部分。

2、直流暂态电路

直流暂态电路中的各个物理量，如电压、电流的大小随时间变化，但方向不会改变，是工作在由一种稳态到另一种稳态的过渡状态。

直流暂态电路除了包含直流稳态电路必要的电阻器、直流电源外，还包含电容器或电感器。

3、直流电源

常用的直流电源主要有蓄电池、干电池、直流发电动机和电子整流电源等。

二、交流电路

电压和电流的大小、方向都随时间作周期性变化的电路称为交流电路。交流电路主要有正弦交流电路和三相交流电路等。

1、正弦交流电路

正弦交流电路是指按正弦规律变化的交流电路，又称单相交流电路，它由两条电源线将电源与负载连接起来。

1）正弦交流电的三要素

正弦交流电的三要素是指最大值、频率、初相角。

（1）最大值

最大值是指正弦交流电在一个周期内出现的最大瞬时值的绝对值。电流、电压、电动势分别用Im、Um、Em表示。

（2）频率

频率是指交流电在1秒钟内变化的次数，用f表示，单位为赫兹（Hz），简称赫。

正弦交流电在1秒钟内所变化的电角度称为角频率，用ω表示，单位为弧度/秒（rad/s）。

交流电每变化一次所经历的时间为周期，用T表示，单位为秒（s）。交流电每变化一次，电角度变化2π弧度，所以有ω=2πf=2π/T。

（3）初相角

发电机的转子线圈平面开始计时(t=0)时与磁中性面夹角为α，发电机运行时线圈平面与磁中性面的夹角连续变化。设发电机旋转角速度为ω，则在任一时刻t，线圈与磁中性面的夹角为(ωt+α)，所以t时刻线圈中的感应电动势为e=Emsin(ωt+α)。式中(ωt+α)称交流电的相位角。t=0时的相位角叫初相角。e的初相角是α。

相位差是两个同频率的正弦交流电的初相角之差。

2）正弦交流电的有效值和平均值

（1）有效值

一个交流电流i和一个直流电流I分别流过完全相同的电阻R，如果在交流电一周期内它们在各自电阻上所产生的热量相等，则交流电流i的有效值就等于直流电流I的大小。正弦交流电有效值与最大值的关系为：

I=Im/√2≈0.707Im

U=Um/√2≈0.707Um

E=Em/√2≈0.707Em

（2）平均值

所谓平均值，是指交流电在半个周期内所有瞬时值的平均大小。交流电压、电流、电动势的平均值分别用字母Up、Ip、Ep表示。可以证明，正弦交流电平均值与最大值之间的关系是：

EP=2Em/π，Em=π/2EP,故有：

E=Em/√2=πEP/2√2≈1.1EP。

2、三相交流电路

三相交流电路的特点是按照一定的连接方式，由三个幅值、频率相同，且相位互差120°的三相交流电源给负载供电。与单相交流电路相比，有以下几点优点：

1）在相同的输送功率、距离、电压和线路损耗下，三相输电线路可以节省大量的输电成本与有色金属，其用铜量约占单相输电线路的3/4。

2）三相交流发电机比相同容量的单相交流发电机体积小、质量轻、成本低。

3）三相变压器不仅比单相变压器更经济，而且有两种输出电压，既可以连接三相负载，又可以连接单相负载。

4）三相电源产生旋转磁场更容易,适合为三相电动机供电。三相电动机比相同容量的单相电动机结构简单，工作可靠，价格低廉，性能良好，运行平稳，效率高。